A „Daisyworld” egy olyan kezdetleges szimulációnak tekinthető, amivel a sugárzási kényszereknek egy elképzelt hatását tudták még csak modellezni. A modellezett bolygón két fajta virág létezett: a fehér és a fekete százszorszépek. A fehérek visszaverték a napsugarakat, a feketék pedig elnyelték azt. A szimuláció során a Nap által leadott hő folyamatosan növekedett. Az eredmény? A százszorszépek megoszlási aránya egy idő után elkezdett úgy változni, hogy az életkörülmények minél kedvezőbbek legyenek számukra, azaz a vegetáció gyakorlatilag kompenzálta az általános hőmérséklet-emelkedést. Később újabb fajokat is adtak a modellhez és kiderült, hogy minél nagyobb a diverzitás annál nagyobb az élővilág befolyásoló képessége.
A tény, miszerint bolygónk egy önszabályzó rendszer számos visszacsatolással az egyes rendszerelemek között – arra ad okot, hogy az éghajlat-modellezés során ezt mindenképp szem előtt tartsuk. Attól függően, hogy milyen idő- és térskálán szeretnék vizsgálódni, különböző komplexitású modellekre van szükségünk. A közepes komplexitású Föld-rendszer modellek (EMIC-ek) már elég egyszerűnek bizonyultak ahhoz, hogy hosszú távú (több 10 ezer évre vonatkozó) éghajlati szimulációkat végezzünk velük. Minden EMIC, mint leíró modell csak a „legfontosabb” folyamatok modellezésére alkalmazható. Az azonban jelenleg is nyitott kérdés, hogy mely folyamatok tekinthetőek a „legfontosabbaknak”, amelyek nélkül nem tudjuk megfelelően szimulálni a földi rendszer dinamikáját. Így erre nézve még számos érzékenységi vizsgálat folyik napjainkban is. A továbbiakban tehát tekintsük át eme vizsgálatok legfontosabb eredményeit!
Ostle et al. (2009) például azt állították, hogy jelenleg a dinamikus globális vegetációmodellek (DGVM-ek) a legkorszerűbb eszközök, amelyekkel a globális változásoknak a földi ökoszisztéma működésére gyakorolt hatásait modellezhetjük, illetve amelyekkel vizsgálhatjuk magának az ökoszisztémának az éghajlatváltozásra gyakorolt visszahatásait és az egyéb visszacsatolásokat. Ostle et al. (2009) a célja végső soron az volt, hogy csökkenthessük a bizonytalanságot az éghajlat-változási projekciók szénfüggését illetően; tehát, hogy ne előre determinált szénciklusok legyenek a jövőre vonatkozó éghajlati szimulációk inputjai.
Ostle et al. (2009) azonban azt is megállapították, hogy még mindig jelentősek a hiányosságok a jelenlegi DGVM-ekben. Ezen fogyatékosságok közül kiemelték a mohák és a spórás növényi létformák (PFT osztályok) hiányát. Pedig e létformák erősen befolyásolják a boreális és tundra életközösségekben a talaj és az ökoszisztéma biogeokémiai visszacsatolásait (Cornelissen et al., 2007).
Kleinen et al. (2010) a késő-holocénbeli CO2-koncentrációnövekedést tanulmányozták. Munkájukhoz egy közepes komplexitású Föld-rendszer modellt, a CLIMBER2-t alkalmazták, csatolva az LPJ dinamikus globális vegetáció modellel. Az érzékenységi vizsgálatok során a mélytengeri üledékektől eltekintve figyelembe vették a következő fontosabb szénciklus-folyamatokat: a vegetációáltali szénmegkötést vagy szénkibocsátást, a tőzegáltali szénmegkötést, illetve a CaCO3 sekélyvízben történő lerakódásából származó CO2-kibocsátást. Megállapították, hogy az elmúlt 10 ezer év jégfurat-mintákból reprodukált éghajlatát és légköri CO2-koncentrációját csak akkor lehet megfelelően modellezni, ha a CO2-kibocsátásnál figyelembe vesszük a szedimentációt, azaz a CaCO3 sekélyvízben történő lerakódását is.
 1. táblázat – A szénciklus komponenseinek figyelembevétele Kleinen et al. (2010) kísérleteiben [SWS – sekélyvízi üledékképződés; AO – légkör-óceán, AOV – légkör-óceán-vegetáció, AOVP – légkör-óceán-vegetáció-tőzeg, AOVPC – légkör-óceán-vegetáció-tőzeg-korall]
Az érzékenységi vizsgálatok során Kleinen et al. (2010) négy modellbeállítást alkalmaztak (1. táblázat). Mindegyik kísérlet, amely a CaCO3 sekélyvízi lerakódását nem vett figyelembe, a légköri CO2 koncentrációjának csökkenését mutatta az elmúlt 10 ezer évben. A legerősebb csökkenés az AOVP (légkör-óceán-vegetáció-tőzeg) modell kapcsán jelent meg, ahol a tőzegáltali szénmegkötést is figyelembe vették. Kísérleteik közül csak az AOVPC (légkör-óceán-vegetáció-tőzeg-korall) modell mutatta a légköri CO2 koncentrációjának növekedését, ami így közelítette a rekonstruált adatokat (Monnin et al., 2004). Így Kleinen et al. (2010) eredményei arra utalnak, hogy a CO2 koncentrációjának holocénbeli növekedését természetes kényszerekkel magyarázhatjuk, ez pedig a sekélyvízi üledékképződés miatti CO2-kibocsátás.
Pongratz et al. (2009) már egy rövidebb időskálán vizsgálódtak. Az antropogén eredetű felszínborítás-változásnak a múlt évezred szénciklusára gyakorolt hatását elemezték. Számba vették az olyan történelmi események széntározókra kifejtett hatását, mint például a járványok és a háborúk. Modelleredményeik alapján pedig azt látták, hogy csak az olyan tartósabb események, mint például a tatárjárás vezetett a légköri CO2 nagyobb mennyiségű megkötődéshez.
Pongratz et al. (2009) mindemellett belátták, hogy a késő középkorban a légköri CO2-koncentáció megváltozásához nagyban hozzájárult az ember (pl. egyre progresszívabb földhasználat és erdőirtás). Illetve úgy találták, hogy jelentősen változott ebben az időszakban a szárazföld és az óceán széntároló-kapacitása is.
Claussen (2009) tanulmányában már a növényzet és az éghajlati rendszer egyéb komponensei közötti visszacsatolásokat tárgyalta, illetve ezeknek az éghajlati dinamikára gyakorolt hatását a negyedidőszak végén, azaz az utolsó glaciális-interglaciális időszakban. Claussen (2009) szerint annak ellenére, hogy nagy fejlődéseket értek el az utóbbi időkben az éghajlati rendszer egyes visszacsatolásainak modellezésében, még nem eldöntött, hogy milyen és mekkora a szerepük az egyes biogeofizikai (pl. a boreális és a szubtrópusi sivatagokban megfigyelhető visszacsatolások) és biogeokémiai visszacsatolásoknak. Mindkét típus lehet negatív és pozitív, ezáltal kompenzálva egymás hatásait. Claussen (2009) munkája alapján számos érv szól amellett, hogy a késő negyedidőszakban a vegetáció dinamikája továbberősítette a sugárzási kényszerek hatását.
Claussen (2009) egyik fontos megállapítása az volt, hogy a vegetáció-hóalbedó visszacsatolás összekapcsolódva a tengeri jég és éghajlat közötti visszacsatolással továbberősítette a globális átlaghőmérsékletben bekövetkező változásokat az egyes glaciális-interglaciális időszakok között. Ez valójában azt jelenti, hogy azok a szimulációk, amelyek a légkör-óceán-vegetáció-jég dinamikát már tartalmazzák, a glaciálisok kezdetét erősen gyengítik, sőt későbbre halasztják, amennyiben a vegetáció térbeli mintázatát az interglaciálisban tapasztalt értékén hagyják.
Claussen (2009) továbbá bebizonyította, hogy a Szahara és az Arab-félsziget elsivatagosodását a Föld orbitális pályájának, így a sugárzási kényszereknek csekély mértékű módosulásai idézték elő, amelyet aztán a légkör-növényzet visszacsatolásai jelentősen felerősítettek a szubtrópusokon. Claussen (2009) mindvégig hangsúlyozza, hogy habár emberek éltek a Szaharában és egy bizonyos fokig használták a talajt, mégis úgy gondolhatjuk, hogy az ősi földhasználat csak egy jelentéktelenül kicsit szerepet játszott a közép-holocénben a Szahara elsivatagosodásában.
Claussen (2009) munkája során mindvégig a földi rendszerek homeosztázisát hangsúlyozza, azaz a változó külső és belső körülményekhez való alkalmazkodó képességet, amellyel önmaguk viszonylagos állandóságát képesek biztosítani a földi rendszerek. Claussen (2009) végül – a „Daisyworld” modell feltevéséből kiindulva, miszerint az élőlények befolyásolhatják a környezetet – megállapította, hogy a késő negyedidőszakban tapasztalható változásokat csak a vegetáció és az éghajlati rendszer egyéb komponensei között fennálló visszacsatolásokkal magyarázhatjuk.
Szelepcsényi Zoltán, Kis Anna
ELTE Meteorológiai Tanszék
Irodalomjegyzék
Claussen, M. (2009): Late Quaternary vegetation–climate feedbacks, Clim. Past Discuss., 5: 635-670, doi:10.5194/cpd-5-635-2009
Cornelissen, J.H.C., Lang, S.I., Soudzilovskaia, N.A. and During, H.J. (2007): Comparative cryptogam ecology: a review of bryophyte and lichen traits that drive biogeochemistry. Annals of Botany, 99: 987–1001.
Kleinen, T., V. Brovkin, W. von Bloh, D. Archer, and G. Munhoven (2010): Holocene carbon cycle dynamics, Geophys. Res. Lett., 37, L02705, doi:10.1029/2009GL041391.
Monnin, E., Steig, E.J., Siegenthaler, U., Kawamura, K., Schwander, J., Stauffer, B. and Stocker, T.F. (2004): Evidence for substantial accumulation rate variability in Antarctica during the Holocene, through synchronization of CO2 in the Taylor Dome, Dome C and DML ice cores. Earth and Planetary Science Letters, 224 (1-2): 45-54.
Ostle N.J., Smith P., Fisher R., Woodward F.I., Fisher J.B., Smith J.U., Galbraith D., Levy P., Meir P. and McNamara N.P. (2009): Integrating plant-soil interactions into global carbon cycle models. Journal of Ecology, 97: 851–863.
Pongratz, J., Reick, C.H., Raddatz, T., and Claussen, M., (2009): Effects of anthropogenic land cover change on the carbon cycle of the last millennium, Global Biogeochem. Cycles, 23: GB4001, doi:10.1029/2009GB003488.
Watson, A.J. and Lovelock, J.E. (1983): Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld. Tellus, 35B: 284-289.
|
A környezetmodellezés alfájának és ómegájának tekinthetjük Watson és Lovelock (1983) „Daisyworld” modelljét, amely elől így semmiképpen sem térhetünk ki. Ez a modell mutatta meg először, hogy az élőlények befolyásolhatják a környezetet, tehát bolygónk valójában egy önszabályozó rendszer; mindvégig szem előtt tartva persze azt, hogy a modell által leírt folyamatok semmiképpen sem tekinthetőek valóságosnak. 